Как снизить расходы на энергоснабжение торгового и распределительного центра

Фото: X5 Retail Group

Предприятия ритейла наверняка обращают внимание, что платежи в адрес энергоснабжающих организаций растут из года в год. Всему виной — повышение тарифов, рост которых уже сейчас в несколько раз опережает инфляцию. На сегодняшний день 5-6 руб./кВт*ч является нормой, а в некоторых регионах киловатт*час продается ритейлу за 8-9 руб. Есть ли способы снизить эти расходы? Не на 5-10%, а вдвое-втрое — до 2 руб./кВт*ч. Оказывается, что такой способ есть! Это распределенная генерация.

Большинство предприятий ритейла имеют энергопотребление менее 25 МВт и поэтому приобретают электрическую энергию на розничном рынке электрической энергии у энергосбытовых компаний. В тарифе главные составляющие — это стоимость производства электроэнергии и ее транспортировка по сетям. Их доли в тарифе составляют около 50-60 % и 40 % соответственно. Стоимость генерации энергии постоянно растет — с 2012 г. по 2020 г. стоимость кВт*ч выросла приблизительно вдвое. По прогнозам Ассоциации «Сообщество потребителей энергии» стоимость электричества на оптовом рынке через 7-8 лет достигнет 2500 руб./МВт*ч. А это значит, что с учетом интересов энергосбытовых компаний, а также сетевой и инфраструктурной составляющих в тарифе, в рознице цена будет подтягиваться к 10 руб. за кВт*ч или даже выше.

Одним из самых эффективных способов нивелирования повышения тарифов и исключения транспортной составляющей — это собственная генерация. В профессиональном сообществе для этого подхода есть специальный термин — «распределенная энергетика». Объект распределённой энергетики вырабатывает энергию непосредственно в месте ее потребления. За последние 15-20 лет распределенная энергетика в мире растет в геометрической прогрессии. В России похожая ситуация. Специалисты Энергетического центра Московской школы управления «Сколково» оценивают долю распределенной энергетики в общем энергетическом балансе России уже в 10%. А по оценкам «Российской газеты» каждый год распределенная генерация прирастает на 600 МВт.

Когда выгодно строить собственную электростанцию? Если энергопотребление более 500 кВт. Относительно ровный график энергопотребления (без сильных провалов и скачков по времени суток и сезонам). Потребность в тепловой энергии и/или холоде. Высокий тариф на электроэнергию из сети (выше 4,5–5 руб/кВт*ч) и/или трудности подключения (например, далеко тянуть ЛЭП или сети требуют выполнить модернизацию линий и точек подключения). Отсутствуют свободные мощности у поставщика электрической энергии. Есть доступ к газу (например, есть своя котельная).

Какие электростанции используются в ритейле и на производстве?

Основа собственной генерации — это газотурбинные и газопоршневые технологии, причем газопоршневые электростанции (ГПЭС) встречаются значительно чаще. Это происходит прежде всего за счет более высокого электрического КПД, низких объемов первоначальных инвестиций, обусловленных более низкой единичной мощностью и массо-габаритными показателями, и простотой конструкции. «Сердце» ГПЭС и ее наиболее дорогостоящий компонент — это газопоршневая генераторная установка (ГПУ), состоящая из газопоршневого двигателя (ГПД) и синхронного генератора. ГПД по своей сути является привычным двигателем внутреннего сгорания, подобного тем, что приводят в движение автомобили на улице. Основное его отличие от автомобильных собратов в том, что вместо бензина он потребляет газ. Кроме того, промышленные ГПУ значительно больше и тяжелее — их вес достигает несколько десятков (а иногда и сотен) тонн. Для примера, 20-цилиндровый агрегат мощностью 1 МВт при габаритах около 5,7 х 1,7 х 2,3 м весит почти 14 т.


Серийная ГПЭС ЭТС-J1870, машинный зал

Важно отметить, что промышленные ГПУ рассчитаны на долгую безостановочную работу. Существует такой показатель «Коэффициент готовности оборудования к работе». Это среднее годовое время наработки ГПЭС в часах. У ГПУ он составляет от 0,95 до 0,98. То есть из 8760 часов в году (365 дней х 24 ч) газовый двигатель находится в работе от 8300 до 8600 моточасов. Общий срок службы 240 000-300 000 моточасов. То есть более 30 лет. Может ли ваш автомобиль похвастаться такой же надежностью?

Конструкция двигателя и автоматика ГПУ настроены на постоянство частоты вращения вала двигателя. Вал через муфту соединен с валом генератора. И именно частота вращения вала определяет частоту тока, вырабатываемого генератором.

При работе ГПД химическая энергия топлива превращается в электрическую с КПД порядка 40-50% в зависимости от линейки, модели ГПУ, ее модификации и мощности. Оставшаяся энергия переходит в тепло, большая часть которого может быть полезно использована. Основные источники тепла — это выхлопные газы и рубашка охлаждения двигателя. Эти тепловые контуры через систему теплообменных аппаратов и котлов-утилизаторов позволяют пользователю получать тепло в виде горячей воды стандартного температурного графика 90 / 70 0С или пара. Такая схема называется когенерацией. Она находит повсеместное применение в энергоснабжении производственных предприятий, объектов ритейла и ЖКХ, обеспечивая коэффициент использования топлива когенерационной системы на уровне более 90%. Соотношение электрической и тепловой энергии, вырабатываемой ГПУ, находится в пропорции приблизительно 1:1. Пиковое потребление тепла, превышающее возможности мини-ТЭЦ, может быть покрыто за счет пиковых водогрейных и паровых котлов

Существует еще тригенерация. Технологически схема представляет собой соединение когенерационной установки с абсорбционной охладительной установкой (чиллером). Нагрев чиллера происходит горячей водой или паром и может проходить в одну или две ступени. При одноступенчатой схеме с 1 МВт тепловой энергии снимается около 700 кВт холода, при двухступенчатой — 1400 кВт холода. Эта опция очень востребована торговыми центрами. Действительно, возможность производить тепловую энергию в отопительный сезон и холод в летний период делает эксплуатацию когенерационной установки привлекательной с экономической точки зрения. Подобного рода схема обеспечивает полную загрузку ГПУ без провалов в потреблении тепловой энергии вне отопительного сезона.

Экономика собственной генерации с использованием ГПЭС

Поскольку наш разговор мы начинали со стоимости кВт*ч, то самое время предварительно оценить экономику проекта. Основная составляющая в стоимости энергии, произведенной с использованием ГПЭС, — это топливо. Стоимость газа — основной ценообразующий фактор. Из 1 м3 газа можно получить 3,5-4 кВт*ч электрической энергии и приблизительно такое же количество тепла — 3,5-4 кВт. То есть, если газ для вашей организации вы приобретаете по цене 5000 руб./м3, то топливная составляющая в произведенном киловатт-часе составит 1 руб. 25 коп. Добавим усредненные расходы на эксплуатацию и сервис (эксплуатационный персонал, масло, ЗИП и работы) в размере около 50-60 коп. и получим себестоимость газопоршневого киловатт-часа менее 2 руб. По сравнению с сетевыми 5-6 рублями более чем привлекательно!

Таким образом, при использовании собственной ГПЭС экономия составляет около 3-4 рублей на каждый выработанный киловатт. При энергопотреблении 1 МВт за год набежит сумма больше 30 млн руб. экономии (3,5 руб. х 8760 х 1000). Мы еще не учли тепловую мощность, которая по сути бесплатна для потребителя. Вот почему энергоемкие предприятия уже давно обращают внимание на генерацию от своих источников!

В приведенных выше расчетах мы не учли еще одну составляющую — инвестиционную. По оценкам «ЭнергоТехСервис», имеющего значительный опыт реализации энергетических проектов на базе ГПУ, стоимость строительства ГПЭС под ключ обходится в среднем 500-700 евро за каждый киловатт установленной мощности. То есть упомянутый в примере выше энергоцентр мощностью 1 МВт обойдется в 50-60 млн руб. (90 х 600 х 1000). Но и экономия в рассматриваемом примере составляет 30 млн руб. То есть сроки окупаемости нашей газопоршневой электростанции составят около 2 лет!

Конечно, это очень грубая оценка — стоимость газа может быть выше или энергосбытовая компания продает вам киловатт дешевле, чем в примере. Но на практике сроки окупаемости собственного энергоцентра редко превышают 4 года.

Важные дополнения. Электрический КПД ГПУ определяет объем газа, который необходимо сжечь, чтобы получить единицу электрической мощности. Чем он выше, тем лучше для потребителя. Как мы определили выше, газ — основной ценообразующий фактор. Так, изменение электрического КПД всего на 1% обходится владельцу оборудования в 560 тыс. руб. в год. Поэтому лучше обращать внимание на современные высокотехнологичные ГПУ, имеющий высокий КПД.  Нормальный показатель — это 41-45%.

Вообще в распределенной энергетике работают правила:

• Чем выше единичная мощность, тем выше КПД;
• Чем выше единичная мощность, тем дешевле стоит 1 кВт установленной мощности.

То есть, чем мощнее оборудование — тем выше экономия. Бывает, что при низком энергопотреблении использование распределенной энергетики нецелесообразно: газопоршневой киловатт за счет топливной и инвестиционной составляющей подтягивается к стоимости электроэнергии из сети. По практике «ЭнергоТехСервис» эффективное применение распределенной генерации начинается с 500 кВт.


Фото: X5 Retail Group

  Второе дополнение — коэффициент полезного использования установленной мощности (КИУМ). Показатель определяет степень загрузки энергоцентра в течение года. Очевидно, что отметки 100% достигнуть вряд ли удастся: оборудование периодически требует остановки на обслуживание и плановый ремонт, да и энергопотребление вашего объекта редко имеет постоянный график. Стоит добавить, что конструктивно ГПУ не могут длительно работать на нагрузке менее 50% — при работе на частичных нагрузках идет более интенсивный износ оборудования, требуется чаще менять расходные материалы. При малых нагрузках ГПУ используется крайне неэффективно: механический износ, старение масла и затраты на эксплуатацию фактически не зависят от нагрузки. В целом нормально, если КИУМ находится на отметке 0,8-0,9. Можно наш свод правил дополнить еще одним:
• чем меньше загружено оборудование, тем хуже экономика проекта.

Архитектурно-строительные решения энергоцентра

Существует несколько способов для размещения оборудование энергоцентра, которые отличаются между собой стоимостью и сроками возведения, удобством облуживания, компактностью и пр.

В существующем здании. 
Обычно такое архитектурно-строительное решение применяется при реконструкции существующих котельных. Действительно, ГПУ и ее инженерные системы могут быть размещены на месте исключенного из технологической цепочки газового котла. При ограниченном пространстве часто находят применение многоярусные конструкции, когда теплообменное оборудование располагают над ГПУ.

В легковозводимом или капитальном здании
Применение таких решений целесообразно, когда в проекте задействовано несколько ГПУ Является архитектурно-строительным решением, в котором созданы условия как для работы оборудования, так и для длительного нахождения обслуживающего персонала. В здании энергоцентра обычно выделяют машинный зал, операторную для размещения систем управления и мониторинга, слесарную мастерскую, комнату начальника смены, санузел, душевую и комнату отдыха для эксплуатирующего персонала. На всю длину машинного зала предусмотрена кран-балка, необходимая для проведения технического обслуживания и ремонта ГПУ. Запас масла, охлаждающей жидкости и ЗИП для эффективного использования пространства размещают в пристроенном к зданию электростанции холодном складе.

Часто ГПУ размещают в отдельном шумозазащитном кожухе. Ограждающая конструкция служит для снижения уровня шума, производимого отдельной ГПУ. Кроме того, шумозащитный кожух, будучи соединенной с системой вентиляции машинного зала, также обеспечивает эффективную циркуляцию воздуха для охлаждения подшипника генератора, блока цилиндров, а также снабжения ГПУ воздухом на горение. Внутри кожуха расположена кран-балка для проведения планового технического обслуживания и ремонта. Основные недостатки этого компоновочного решения — высокие капитальные затраты и длительные сроки реализации проекта.

В индивидуальном блок-модуле (контейнере)
В этом случае многоагрегатная ГПЭС состоит из отдельных блок-модулей, объединенных силовыми и сигнальными линиями. Основные преимущества:

• Короткие сроки реализация проекта за счет высокой степени готовности отдельных блок-модулей: несколько месяцев от планирования до ввода в эксплуатацию.
• Решение применимо даже для территорий с отсутствующей инфраструктурой.
• Быстрое масштабирование или передислокация на новое место эксплуатации.
• Гибкое универсальное и унифицированное решение для разных задач и видов деятельности заказчика.
• Компактные размеры территории за счет расположения отдельных компонентов на крыше контейнеров.
• Низкие требования к фундаментным основаниям.
• Низкие капитальные затраты.

Важно, что такие энергомодули могут производится серийно. Это означает, что заказчик может серьезно сэкономить на проектно-конструкторской документации за счет использования типовых отработанных решений. Например, упомянутый выше «ЭнергоТехСервис» наладил серийное производство энергомодулей высокой степени заводской готовности на своем Тюменском заводе энергетического оборудования. Кроме экономии времени на производство, модульное оборудование имеет еще одно преимущество — готовое изделие до отправки к месту эксплуатации проходит полный комплекс заводских испытаний. В конечном итоге это сводит к минимуму объем монтажных и пуско-наладочных работ на объекте, снижает риски и сроки ввода объекта в эксплуатацию.

Контейнерное исполнение ГПЭС также дает возможность создавать из отдельных модулей многоагрегатный комплекс. Техническое решение предполагает исключение общих стен модулей, установленных вплотную друг к другу. Помимо очевидного удобства для обслуживающего персонала, комплекс позволяет уменьшить общий бюджет проекта за счет использования общих для комплекса инженерных систем. 

Опыт показывает, что контейнерное исполнение в ритейле находит частое применение. Так, в начале 2020 года распределительный центр федеральной торговой сети «Пятёрочка», расположенный в пос. Новосемейкино (Самарская обл.), начал энергоснабжение от ГПЭC модульного исполнения на базе ГПУ Jenbacher J320 установленной мощностью 1067 кВт (электр.) и 1226 кВт (тепл.). 

По словам инициатора проекта Алексея Колобова, директора по управлению стоимостью владения инфраструктурой торговой сети «Пятёрочка», модернизация систем электроснабжения и теплоснабжения РЦ «Самара» была инициирована в 2018 году по причине высокого тарифа на электрическую энергию. После анализа предполагаемых затрат и оценки инвестиционной эффективности проекта был утвержден запуск пилотного проекта «Аренда энергоцентра» по схеме BOO (от анг. build-own-operate — «построить, владеть, эксплуатировать») с привлечением инвестиций исполнителя — компании «ЭнергоТехСервис». Его реализация позволила не только получить экономию с момента ввода ГПЭС в эксплуатацию за счет привлечения инвестиций исполнителя, но и сэкономить до 25% на энергоснабжении распределительного центра «Самара». Данный проект уникален для ритейла в России, поскольку позволяет существенно сократить расходы при строительстве новых РЦ за счет упрощения схемы подключения к электрическим сетям. 


Электростанция РЦ "Новосемейкино" (X5 Retail Group)

Как построить свою электростанцию или мини-ТЭЦ

Итак, вы нашли все приведенные в статье доводы убедительными и готовы действовать. С чего начать?

Основополагающий вопрос для строительства мини-ТЭЦ — это согласование технических условий на газификацию и лимитов на газ. Без доступа к топливному газу дальнейшая проработка проекта становится неактуальной. Поэтому первым делом получите у местного поставщика газа информацию о технической возможности получения газа и правила присоединения к газовому трубопроводу для питания будущей ГПЭС.

Дальнейшие действия связаны с анализом текущего энергопотребления своего объекта. Вам необходимо:

• Определить профиль нагрузки. Нужно выяснить величину минимальной и максимальной нагрузки по электричеству и теплу, средний суммарный объем потребления за день, месяц и год с учетом сезонности;
• Определить потребителей электрической и тепловой энергии. Технические специалисты «ЭнергоТехСервис» рекомендует выделить пять самых мощных потребителей, уточнить их тип (синхронные, асинхронные электродвигатели, приборы освещения и пр.). Выделенных потребителей стоит разделить на категории — на тех потребителей, которые должны работать постоянно и тех, которые могут быть отключены без ущерба для технологического цикла. Как мы знаем, таких групп три — I, II и III группы энергоснабжения.
• Провести анализ существующей инфраструктуры. Необходимо поднять схемы газо-, тепло- и энергоснабжения предприятия и ситуационный план, на котором указаны все объекты инфраструктуры и линии коммуникации.

Даже если окажется, что распределенная энергетика неэффективна для вашего объекта, выполненный анализ позволит вам наметить альтернативные пути для сокращения расходов на энергоснабжение. Например, перейти в другую категорию энергоснабжения, изменить условия договора с гарантирующим поставщиком или даже сменить его на другого. Известны случаи, когда в результате проведения всего лишь простых мероприятий по исключению воровства электричества, предприятие без каких-либо инвестиций добивалась 20-25 % снижения своих расходов на энергоснабжение.

При переходе к следующему этапу необходимо решить режим работы будущего энергоцентра — параллельно с сетью и в островном режиме. От принятого решения будет зависеть будет ли внешняя сеть выступать резервом или компенсировать потребление в пиковых режимах. Или может вы планируете продавать электричество в сеть? Здесь же важно решить необходимость полезного съема тепловой энергии для отопления или пароснабжения (когенерации), интеграции с абсорбционной холодильной машиной (тригенерации) или полезном использовании CO2 (квадрогенерация).

Полученные данные позволят инжиниринговой компании, которую вы выберете, определить конфигурацию будущего объекта распределенной энергетики — количество и единичную мощность агрегатов, напряжение и температурный график, архитектурно-строительное решение нового энергоцентра или объем работ для реконструкции существующих зданий и линий коммуникаций. Конфигурация — основополагающий документ для подготовки технико-экономического обоснования. Специалисты «ЭнергоТехСервис» в своей экономической модели учитывают все капитальные и оперативные затраты, схему финансирования, текущие цены на энергоносители (электричество и газ) и их динамику, стоимость валюты, ставку дисконтирования и процентную ставку на кредит (если планируется привлечение внешнего финансирования) и пр. Результатом расчетов является срок окупаемости будущего энергоцентра. Практика показывает, что если четко следовать ТЭО, то расчетные показатели не будут отличаться от реальных более чем на 5-10%. 

Очевидно, что успех проекта в большой степени зависит от опыта инжиниринговой компании. Поэтому при выборе партнера обратите самое пристальное внимание на возраст компании, реализованные проекты и заказчиков, количество и квалификацию ее сотрудников, статус дилера или дистрибьютора производителя оборудования, наличие собственной сервисной службы и склада ЗИП. Большим плюсом является также наличие собственных производственных мощностей, а также своего управления капитального строительства с парком строительной техники (ведь без стройки не обойтись). Желательно, чтобы компания обладала разветвленной структурой с филиалом в вашем регионе… Одним словом — для серьезных проектов требуется серьезные компетенции.

Какие выгоды от распределенной генерации? Ваше предприятие получит конкурентное преимущество за счет более низких расходов на энергоснабжение, которые неизбежно учитываются в стоимости конечной продукции или услуги. Энергоцентр — это ваш актив, который также изменит расстановку сил в вашу пользу во взаимоотношениях с поставщиками, кредитными организациями, конкурентами, экспертным сообществом и органами местного управления. Собственный энергоцентр позволит сократить число поставщиков энергии до одного — поставщика газа. Меньше поставщиков — меньше рисков, связанных с перебоями в энергоснабжении. Динамика изменения цен на газ существенно ниже динамики цен на электричество. Это значит, что со временем энергоснабжение от собственной ГПЭС будет еще более экономически привлекательной. Современный уровень развития технологий и оборудования распределенной энергетики достиг высочайшего уровня. Важнейшим фактом стало достижение газопоршневыми установками КПД, сопоставимого с показателями генерации на парогазовых установках — основном оборудовании традиционной «большой» энергетики. То есть, вы будете производить энергию не менее эффективно, чем большие ТЭС.